南京长江4桥北锚碇沉井的排水下沉分析.pdf

第 3 2卷 第 5期 2 O 1 0年 1 O月 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 J o u r n a l o f Ci v i l Ar c h i t e c t u r a l& En v i r o n me n t a l En g i n e e r i n g V o 1 3 2 N O 5 0c t 2 O1 0 南京长 江 4桥北锚碇沉 井 的排水下沉 分析 穆保 岗 ， 朱建 民 ， 龚 ( 1 东南大学 土木 工程 学院 ， 南京 2 1 0 0 9 6 ； 2 中 维 明 ， 牛 亚 洲 交第二公路 工程局有 限公 司， 西安 7 1 0 0 7 5 ) 摘要 结合 南 京长 江 4桥 北 锚碇 沉 井的施 工特 点 ， 在 现场 抽 水 试验 基础 上 ， 综合 确 定 了沉 井排 水 下沉期 间 的渗透 系数 ， 由此理 论计 算 单 井 出水量 、 总 涌水 量 等 并进 行 排 水 设计 ， 实 际 涌水 量略 大 于 理 论值 ； 根 据有 效应 力原 理 ， 认 为沉 井 降水 对 潜 水含 水层 的 影 响很 小 ， 沉 降主要 由承 压 水含 水层 压 缩 引起 ， 由此得到 的沉 降曲 线与 实测 结果 总体 吻合较 好 。 关键 词 ： 沉 井 ； 渗 透 系数 ； 降排 水 下沉 ； 涌水 量 ； 沉 降 中图分 类号 ： TU4 7 3 2 文献标 志码 ： A 文章 编号 ： 1 6 7 4 4 7 6 4 ( 2 0 1 0 ) 0 5 0 1 3 5 0 7 De wa t e r S i nk i n g Ana l y s i s o f No r t h An c h o r a g e Ca i s s o n f o r t h e F o u r t h Na n j i n g Ya n g t z e Ri v e r B r i d g e M U Bao g an g ， ZHU J i an m n ， GONG W e i mi n g ，NI U y a z h o u 。 ( 1 S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g， S o u t h e a s t Un i v e r s i t y， Na n j i n g 2 1 0 0 9 6， P R C h i n a ； 2CCCC Se c o nd Hi ghwa y En gi ne e r i n g Co ，Lt d， Xi a n 7 1 0 07 5， P RCh i n a) Ab s t r a c t ：Comb i ne d wi t h c on s t r u c t i on o f no r t h a nc ho r a ge c a i s s o n，f i e l d pu m p i n g t e s t s we r e c a r r i e d ou t Pe r me a b i l i t y c oe f f i c i e nt wa s a c q ui r e d f o r d e wa t e r s i nk i ng W a t e r y i e l d of s i n gl e we l l a n d t o t a l wa t e r i n f l o w o f c a i s s on e x c a v a t i o n we r e c a l c ul a t e d I t i s f ou nd t h a t t he m e a s u r e d a mo unt of t o t a l wa t e r i nf l o w i s s l i ght l y l a r ge r t ha n t he t he or e t i c a l v a l ue Ba s e d on e f f e c t i v e s t r e s s p r i nc i pl e，t he c o m p r e s s i on of p hr e a t i c wa t e r a qu i f e r c a us e d by d e wa t e r i s a l mos t ne gl i g i bl e， a nd t h e gr o un d s e t t l e m e n t i s ma i n l y c o m p os e d of c o nf i ne d wa t e r a qu i f e r c o m p r e s s i o nThe c a l c u l a t e d s e t t l e me nt c u r v e a l on g t he l e v e e wa s i n g o o d a g r e e me nt wi t h t he m e a s u r e d da t a Ke y wo r d s：c a i s s o n；p e r m e a bi l i t y c o e f f i c i e n t ；de wa t e r s i nki ng；wa t e r y i e l d；s e t t l e me nt 南 京长 江 第 4大桥 为 双塔 3跨 悬 索 桥 ， 主 桥跨 径 ( 1 6 6 + 4 1 0 2 ) + 1 4 1 8+ ( 3 6 3 4 + 1 1 8 4 ) 一 2 4 7 6 m， 北锚 碇为 重力 式锚 碇 ， 基 础 采用 图 1所 示 的沉 井 结 构 ， 其顺 桥 向长 6 9 m， 横 桥 向宽 5 8 m， 高 5 2 8 m， 平 面尺 寸为 世界第 一 。 沉 井可 以分 为排 水下 沉 和不 排水 下 沉 。排 水 下 沉 作业 面可 见 ， 利 于对 沉井 姿 态控 制 ， 且 费用 相 对低 廉 。降排水 下沉 的综 合 效 率 优 势 明显 ， 故 北 锚 碇 沉 井 拟采用 前 期 降排 水 下 沉 ， 后 期 不 排 水 下沉 的施 工 方 案 ， 并 力争 在汛 期 到来之 前 完成 降排 水下 沉 。 图 1沉 井 半 结 构 图 收 稿 日期 ： 2 0 1 0 0 3 1 5 作者简介 ： 穆保 岗( 1 9 7 4 一 ) ， 男 ， 博士 ， 副教授 ， 主要从事 岩土工程 和地下结构方面的研究 ， ( E ma i l ) mu b a o g a n g s e u e d u c n。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 3 6 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 3 2 卷 该沉 井平 面上共分 2 O个 井孔 ， 标 准 节段 井孔 顺 桥 向长 1 4 2 m， 横桥 向宽 8 6 8 m； 沉 井竖 向共 划 分 1 1 节 ， 首节 为钢壳沉 井 ， 高 6 m， 其 余 节 段 为混 凝 土 沉 井 ， 第 2 1 0节 高 5 m， 第 1 1 节高 1 8 m。 拟采用 沉井 接 高和 下 沉 方 案 为 ： 地 面 接 高 前 4 节( 2 1 m) ， 降排水下沉一接高 5 、 6节( 1 0 m) ， 一接高 7 、 8节 ( 1 0 m) ， 不排 水 下 沉 一 接 高 9 1 1节 ( 1 】 8 m) ， 不排水 下沉 。 由于沉井 的平 面尺寸 大 ， 下沉 深度 大 ， 降水 深度 大 ， 地 质条件 复杂 ， 加 之 沉井 紧临 长 江 ， 地 下水 与长 江水互 相补 给 ， 其 降 排水 设 计 与施 工 都 具 有一 定 的 难 度 ； 沉 井南侧 1 2 0 m 即为长江 大堤 ， 如何 在下 沉期 间保证大 堤 的安 全也是 沉井 降排水设 计 和施 工 的重 要 考虑 因素 。 表 1为北锚 锭 的地 质 情 况 表 ， 北锚 碇 区地 层 大 体 可分为上 部软 弱 土层 和下 部砂 土 层 ， 并 以第 9层 密实卵砾石层作为沉井的持力层。 地 下水 分为潜 水 和 承压 水 2类 ， 其 中潜 水水 位 埋深 约 1 8 3 3 m， 接受 大气 降水 与 田间沟 塘 水补 给， 与长江等地表水体有一定水力联系； 承压水水位 埋深 约 1 2 m， 与长江水 力联 系密切 。 表 1 北锚碇区地质情 况表 粉砂 ： 灰色 ， 饱和 ， 中密 ， 局部 松散， 夹 亚 粘 土 4 5 细 砂 ： 灰 色 ， 饱 和 ， 中 密 6 2 中砂 ： 灰 色 ， 饱 和 ， 密 实 1 7 ， 1 细砂 ； 灰色 ， 饱和 ， 密实 ， 夹亚粘土 承压水 2 7 卵砾石 、 砾砂 ： 黄灰色 ， 饱和 ， 密实 4 3 细砂 ： 灰色 ， 饱和， 密实 5 2 卵砾石 、 砾砂 ： 黄灰 色， 饱和 ， 密实 2 6 强 风 化 粉 砂 岩 国外 建造 的大 型沉 井 较 少 ， 而偏 重 于 室 内模 型 试验 和小型 沉井 ， 大型沉井 主要集 中在 中国深 水桥梁 基础上 。中国建造 的可供借 鉴 的 同类规模 的 陆地沉 井 ， 到 目前为止 有江 阴大桥 北 锚碇 沉井 ， 泰 州大桥南 、 北锚碇沉井l_ 5 蜘共 3座 ， 目前正准备修建 的马鞍 山大 桥亦采 用大 型沉井 。 由于工程 地质 和水 文地质 条件 不 同， 对 周边环 境影 响 的计算 ， 尤其 是 附 近 的长 江大 堤沉降 ， 均建立 在 现场监 测基 础 上_ 7 J ， 对 于缺乏 沉降 观测 资 料 的场 地 区域 ， 抽 水 引 起 地 面沉 降量 的估 算方 法 和模 型 较 为繁 杂 ， 尚无 一 套 简 明有 效 的通用 手段 而 采 用 个 案 试 验 实 测 的方 法 的 。 结合南京长江第 4桥北锚碇沉井 的施工 ， 对降排水 设计 和长 江大堤 沉 降计 算 2个 问题 进行 了分析 。 1 现 场 抽水 试 验 1 1 试 验概 况 对 北锚 碇 区水 文地质 条件 和工 程特点 的分 析 可 知 ， 地 下水对 沉井 下沉影 响 的主要 为上部 承压 水 ， 为 了获得 准确 的渗 透 系数 和确 定 抽水 工 艺 ， 针 对 上部 承压水 设计 了抽 水 试 验 。设 抽 水井 1 个 ( J S 0 6 ) ， 观 测井 2个 G1 、 G2 ， G3为备用井 ， 具体布置见图 2 。 图 2试 验 井 布置 图 主井 和观 测 井分 别 采 用 p 6 0 0 mm、 3 5 O mm 3 翼 螺旋合 金钻 头 施工 ， 一 次性 成 孔 循 环 液采 用 自 造 浆 ， 泥 浆较稀 ， 利于洗 井 ， 试 验井 参数见 表 2 。 表 2 抽水试验 井参数表 抽 水试验 共进行 3个 降深 ， 试验 时 间为 2 0 0 8年 1 O月 1 5日至 1 O月 1 9日。各次 降深分 别 为 2 4 7 、 8 5 9和 1 4 7 8 1 T I ， 出水 量 分别 为 2 0 r n 。 h 、 8 0 m。 h 和 1 2 5 m。 h ， 稳 定 时间分别 8 h 、 8 h 、 1 2 h 。 抽水 历 时 曲线 见 下 图 3 、 4 、 5 ， 抽 水试 验 数 据 见 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 期 穆保 岗 ， 等 ： 南京 长 江 4桥 北锚 碇 沉 井的排 水下 沉分析 1 3 7 表 3 。 图 3 2 0 m h抽水历 时曲线 图 4 8 0 m h抽 水 历 时 曲 线 图 5 2 5 m h抽 水历 时 曲线 表 3主 井 和 观 测 井抽 水 试 验 结 果 流 量 Q 和降 深 S关 系见 图 6 。 上述 曲线 表 明 ， 试 验井 成井 质 量较 好 ， 主井 出水 量 大 ， 观测 井 反 映灵敏 。 1 2渗 透 系数 ( K) 的计 算 1 2 1 采 用稳定 流 求参承压 水非 完 整 井 ( 含水 层 上部 ) 单井 渗 透系数 计 算公式 9 为 流量 m ， l 图 6 s曲 线 K 一 g a 6 ( 1 ) 承 压水 非完 整井 ( 含 水层 上部 ) 多 孔 渗透 系数 计 算 公式 为 ： K 一 ( a r s h ，L - a r s h ) ( 2 ) 其 中 ： K 为渗 透系数 ( m d ) ； Q 为 涌水 量 ( r n 。 d ) 、 r ：为抽水 孔 至观测 孔 之问 的距 离 ( m) ； S 、 S 为观 测 孔 内的水 位 降深 ( m) ； z 为 过滤器 有效 长度 ( m) 。 代人 数据 ， 计 算结 果见 表 4 6 。 表 4按照承压非完整 井单井计算 结果 表 5 承压 非完整并带一个观测井计算结果 表 6 承压非完整井带 2个观测 井计算结果 可见 ， 采用 稳定 流求 参 的方法 ， 前 2种计 算 结果 较为 接近 ， 而采 用 2个 观测井 的计 算结 果 明显偏 大 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 3 8 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第 3 2卷 1 2 2采用非稳 定流 求参 1 ) 直 线解析 法 在抽水 流量 为定值 时 ， 且 观 测井 距 抽 水 井 的距 离 r已测 定后 ， 降深 和时 间是对 数 函数关 系 ， 绘 在单 对数 纸上应 是一条 直线_ 】 。 设在 t 、 t 时测得 观测井 的水 位降深 为 s 、 S ： ， 则 有 ： s 一 l g s ：一 2 3 Ql g ( 4 ) 解 上 2式 得 ： s2一 S 一 1 g t ，L ( 5 ) 当取 t 2= 1 0 t 时 ， 则有 ： T 一 AS S2一 S ( 6 ) S 再根据公 式 K T M 求 得承压 水含 水层 的渗 透系 数 ， 结果 详见表 7 。 表 7直 线 解 析 法计 算 结 果 孔 号 O M t l 2 S1 S2 K ( m d 一 ) 平 均 Gl 3 1 9 G2 1 1 4 9 Gl 1 9 5 6 G2 3 1 9 G1 1 1 4 9 G2 1 9 5 6 2 0 0 31 0 1 2 2 0 0 3 8 0 2 6 2 0 0 4 2 0 3 4 2 0 1 0 4 0 9 1 2 0 0 5 8 0 4 4 2 0 1 5 2 1 4 0 2 ) 水位恢 复法 ( 两点法 ) 设 在水位 开 始恢 复 后 t 、 t 时 测 得 观测 井 的水 位降深 为 s 、 s z ， 当 “ 0 1时 ， 则 有 T 一 g 由 K T M 可得 到所求 的含水 层渗 透系数 K， 详 见表 8 。 表 8 两 点 法 计 算 结 果 孔 号 Q M f l 5I S 2 K ( m d一1 ) 平均 G1 3 1 9 5 5 G2 1 1 4 9 5 5 G1 1 9 5 6 5 5 G2 3 1 9 5 5 G1 1 1 4 9 5 5 G2 l 9 5 6 5 5 1 3 计 算结果讨 论 根据 南京长 江 沿 岸水 文 地 质勘 察 资 料 ， 平 行 于 长江方 向与垂直 于长江方 向的含 水层 渗透 系 数变化 较 小 ， 其 中平行 于 长 江方 向 的含 水层 渗 透 系 数 略小 于垂 直长 江方 向 的含 水层 渗 透 系数 ， 从 整 体 上该 含 水 层 可视 为一 个 各 向 同性 的 承压 含 水 层 ； 在该 含 水 层 中由于地层 岩性 的分布 不均匀 ， 沉积 厚 度 的不 同 ， 又造成 含 水层 在 不 同 地 段 含 水 层 渗 透 系 数 相 差 较 大 ； 因此 ， 该 含水 层应 视为一 个非均 质各 向同性 的承 压 含水系 统 。 分析 表 明 ： 针对拟 建锚碇 区的水文 地质 条件 ， 选 择 不同 的数 学计 算 公 式 ， 所计 算 的结 果存 在 一 定 的 差异 ， 渗透 系数 K 在 1 3 4 2 3 6 9 9 m d范 围 内 ， 用 抽水 井参 与计算 的数 值均 偏 小 ， 考 虑 到抽 水 井 近距 离周 边流速 快 ， 呈 紊 流 状 态 ， 形 成 的水 跃 值 较 大 ， 因 此计算结果 比实际偏小将 以上各 种算法累加求 和， 取 其平 均值 为 1 9 9 m d ， 接近 采用 非稳 定 流解 得 的 平均值 。 2 沉井降水计算 2 1 沉 井涌水 量 沉井 总涌水 量 由潜水 含 水层 和 承压 水 含水 层 2 部 分组成 ， 各含水 层 的涌水量 可按“ 大井法 ” 计算 。 沉井 涌水量计 算等 效半径 r o一 0 2 9( 口+ b)一 3 6 83 m ( 8 ) 1 ) 潜水 含水层 涌水量 本 含水 层渗透 系数 取 K=1 8 4 m d ， 含 水 层厚 度 H一6 6 m， 水位 降深 S 一6 1 m， 降水 影响半 径 ： R 一 2 S HK 一 4 2 5 1 m ( 9 ) 涌水 量可 按均 质 含 水 层潜 水完 整 井 ， 降 水远 离 边 界 的情 况计算 E l 2 ： Q 一 1 3 6 6 K 一 3 2 6 6 m。 d( 1 o ) l g f 1 + 1 ro 可见其 涌水 量不大 ， 可不 作为 考虑重点 。 2 ) 承 压水含 水层涌 水量 含水层 渗透 系数取 K：1 9 9 O m d ， 含 水层厚 度 M 一5 5 1 T I ， 承压水 静止水 位埋 深 1 1 IT I ， 考 虑开 挖 深 度 2 0 m， 降水 面在开挖 面 以下 1 0 m， 则沉井 中心水 位降深 s 一1 9 9 m， 降水影 响半径 R 一 1 0 S 、 一 8 8 7 7 13 3 ( 1 1 ) 按 照基坑规 范 验 算 ， 涌 水 量 可按 均 质 含水 层 承 压 一潜水 非完整 井计 算I 】 ： Q 一 1 3 6 6 K ( 2 H - _ M ) M - 一 h2 l g f 1 + 1 r 0 ， 一 3 9 1 3 2 5 1T I 。 d ( 1 2 ) 按 照基 坑手 册 验算 ， 涌水 量 可 按 均 质含 水 层 承 压 一潜 水 非 完 整井 ， 岸 边 降水 模 型 计 算I l ， 近 似 取 井 中 心 至 直 线 补 给 边 界 距 离 为 1 2 0+ 3 6 8 3 1 5 6 8 3 m， 则有 ： l ( 2 H 一h e ) M 一( 寺) I Q 一 L _ + l n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第5 期 穆 保 岗， 等 ： 南京长 江 4桥 北锚 碇 沉 井的排 水下 沉分析 2 r K TS 一 3 7 9 0 9 4 s d4 m d ( 1 3 ) ： 一 一 L l J i n i2 0+ 可见 承压水 含 水 层 涌 水 量 很 大 ， 且 按 2种 方 法 的计算 结果 较 为 接 近 ， 取 其 中 较 大者 控 制 降 排水 设 计 。 2 2计算 参数讨 论 需 要说 明 的是 ， 含 水 层 影 响 半径 R 并不 是 固定 不 变 的 ， 随管 井 的水位 降 深 的增 大 ， 含 水层 的影 响半 径 也随 之增 大 。 有 2个 观 测 孔 计 算 承 压 含 水 层 影 响 半 径 的 公 式 ： l g R 一 ) 式 中 ， R 为影 响 半 径 ， m； S 、 S 为 观 测 孔 内水 位 降 深 ， m； r 、 r 为抽 水孔 至 观测孔 之 问 的距 离 ， r n 。 按照 上述 实验结 果 计算 如表 9 。 表 9 2个 观 测 孔 计 算 影 响 半 径 结 果 S1 S2 r 1 r 2 Q R 由于抽水 试 验 工 程 紧 邻 长 江 大 堤 ， 抽 水 含 水 层 顶板 埋 深仅有 1 2 0 m， 长 江河 床 的厚 度 远 超 过 了该 埋置 深度 ， 长 江河 床穿 过 了该含 水层 的顶板 ， 形成 的 地下 水 与长江 水 之 间 的 水 力 联 系较 为 密 切 ， 即一 旦 抽取 该地 段 的地 下 水 ， 长 江 水 就 构 成 了定 水 头 补 给 边界 。可 以判 定 ， 在 抽水 试验 该 地 区 ， 其 地 下水 的影 响半 径是 不对 称 的 ， 因此 ， 随着 抽 水 水 位 下 降 ， 其 影 响半 径是 不断 的 向外 扩展 ， 而 南 部 只 能 扩 展 到 长 江 水域 。 2 3降水 井布 设 1 ) 管井 出水 量 按 沉井 外 侧 1 0 m 左 右 布 井 ， 取 1 ： 1 0的水 力坡 降 ， 降 水 井处 水 位 埋 深 约 2 5 m； 降水 井 过 滤器 置 于 承 压水 含水 层 ， 深度 为 1 3 3 4 m， 管 径 r 一3 2 5 mm， 暂 不考 虑井 损 ， 则 有效 过 滤器 长 z = = = 9 I n， 得 到单 井 出 水 量 q一 1 2 0 n r z = = =1 4 9 3 ma d ( 1 5 ) 2 ) 降水井 数量 降水井的井点数 一 1 1 Q q一 2 9 ( 1 6 ) 考虑 到计算 参 数 和 计 算 方 法 的可 能偏 差 ， 总 井 数最 终取 为 3 2 。 平 面布 井 时应做 到 近大堤 侧 稀 ， 远 大堤 侧 密 ， 以 便 在 能够满 足 沉 井 降水 要 求 的前 提 下 ， 使 降水 对 长 江大堤 产生 的影 响 最 小 。最 终 根 据 现 场 条 件 情 况 ， 并 参考 以往工 程 经 验 1 4 1 6 ， 降水 井 分 2排 布 设 于 沉 井 环道 外 侧 ， 距 沉 井 侧 边 的距 离分 别 为 1 7 m 和 2 2 I n， 见 图 7 。 。降水井 沉降观测点 图 7大 堤 位 置 3长江大堤沉降计算 当降水 引起 地 下 水 位 下 降 时 ， 土 中 的孔 隙 水 应 力 减小 ， 而 总应力 基 本维 持不 变 ， 由此 将导 致 土体 中 的有效 应力 增 加 ， 土 体 骨 架 压 缩 引 起 地 面沉 降 。 目 前 普遍 采 用 Te r z a g h i ( 1 9 2 5年 ) 提 出 的有 效 应 力 原 理 ， 认 为地下 水 压 力 的 降低 导 致 有 效 应 力 的 增 大 是 含水 层 压密 的原 因 。 对 于该 场地 而言 ， 承压 含水 层基 本 为砂 土 层 ， 含 水砂 层 的变形 与水 位 变 化 相关 性 较好 ， 一 般 认 为其 峰值 能互 对 应 。 。含水 砂 层 的压 缩 量 较 小 ， 满 足 弹性 变形 规律 ， 可 用简 约 的分层 总和 法求解 。 3 1 潜 水含 水层 压缩 量 对潜 水含 水层 而 言 ， 沉 井 的 降 水 影 响半 径 仅 为 4 2 5 1 m， 远小 于 沉 井 到 长 江 大 堤 的 距 离 1 2 0 m， 即 该 处潜 水 水位 不 会 因 沉井 降水 而 改 变 ； 若 隔水 层 效 果好 ， 不存 在潜 水 和承压 水 的互相 补 给 ， 则 承 压含 水 层 降水 也 不会 引起 潜 水 水 位 的 变 化 ； 这 2种 情 况 都 不 会使 潜水 含 水 层 的有 效 应 力 改 变 ， 从 而 也 不 会 产 生 压缩 沉 降 。 较 为不 利 的情 况 则 是 隔 水 层 效 果 不好 ， 潜 水 向 下 补给 承压 水造 成 其 水 位 下 降 ， 但 因为 上 部 软 土 固 结 的竖 向渗 透 系数 很 小 ， 这 一 过 程 通 常 发 生 的 很 缓 慢 ， 而沉 井 的降水 持续 时 问只有 半个 月 左右 ， 而且是 分 阶段 降低地 下 水位 ， 即使 土层 产 生压 缩 固结 ， 其值 也会 很小 。 综上 所述 ， 可 忽 略 潜 水 含 水 层 在 降水 期 间 的沉 降 。 3 2 承 压水 含水 层压 缩量 在沉井 降 水过 程 中 ， 长 江 大 堤 附 近水 位 降深 仍 将 处 于承压 顶 板之 上 ( 即水压 下降 ， 但 静止 水 位仍 高 于隔水 层顶 板 ) ， 若水 头 下降 了 ， 则 整个 承压 含水 层 孔 隙 水 应 力 均 降 低 r h ， 其 有 效 应 力 均 增 加 r 21 h 。 由于整 个 承压 水 含 水 层 以砂 土 为 主 ， 产 生 的 压 姐 9 9 6 虬 弘 驭 加 L 2 m 2 叭 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 O 土 木 建 筑 与 环 境 工 程 第3 2卷 缩量 为土 骨架 的压 缩 ， 并 且会很快 完 成 ， 因此 当作 为 沉 降计算 的重点 。 1 ) 水位 降深计算 对 于本工 程 的降水 特 点 而 言 ( 承 压 潜水 非 完 整井 ) ， 现有理 论 尚无 法 准 确处 理 水 位 降深 问题 ， 考 虑到沉 井离大 堤 尚有 一 定距 离 ， 故 可 以 近 似取 完 整 井计算 S 一 2 K M骞 Q n ( 鲁 ) ) ( 1 7 ) 式 中 Q 为单井 涌水量 ， 按 总涌水量 取平均 r J 为 降水井到计 算点距 离 ； R 为 降水井影 响半径 。 2 ) 压缩 量计算 按 ( 1 7 ) 式 计算 出大堤 沿线点水 位降 深 后 ， 即 得该处 有效应 力增量 r A h， 进 而可根据 土体 的压缩 模量求 解总压 缩量 。 AS = 奎 i = 1 r , Ah 1 8) 考虑 到计算 点埋 深 、 土体 原 位应 力状 态 以及 原 状 土的结构 强度 等因素 时 ， 现场 压缩模 量 E 值 要 大 于室 内试验 的结果 。现把 承压水 含水 层做 为整 体计 算 ， 根 据北锚 碇 区地 质土层 的标 贯 击数 N 与压缩 模 量 问的验公式 ， 可 以取整 体 加 权平 均 的砂 层压 缩 模 量 ， 取 E 一1 O O MP a ， 得 到 图 8中所示 的理 论 沉 降 曲线 。 3 3 长江大 堤沉降控 制 目前 中 国堤 防运行 管理期 变形控 制 尚未 形成 统 一 标 准 ， 按 照相关 经验 和规定 ， 对重要 堤 防控 制沉 降 差 小于 1 ， 可 以避 免不 均 匀沉 降 引起 的堤 防 开 裂 ， 因此 大堤沉 降控 制 标准 取 为 堤 身 高度 的 1 ， 即 4 5 mm 作 为警戒值 。 为保证 长江堤 防的 安 全 ， 一方 面施 工 现场 应 以 观测 为主 ， 加 强降水 过程 中的大堤监 控 ， 确保 沉 降不 超标 ； 另 一方 面 ， 若长 江 大 堤最 大 沉 降 接 近警 戒 值 ， 而沉井 尚 未 下 沉 到 位 ， 则 可 采 用 回灌 井 等 应 急 措 施 。 4降水 和 沉 降监 控 结 果 4 1降水 监控情 况 沉井前 4节 2 1 m 接 高完 毕后 ， 从 2 0 0 9年 5月 1 8日开始首次降排水下沉 ， 到 6月 2日下沉结束 ， 历 时 1 5 d ， 沉 井 下 沉深 度 1 9 6 m， 下沉 量 1 5 6 m。 最大 日下沉 量 1 9 5 m， 最 小 日下 沉量 0 0 6 m， 平均 日下沉 量 1 0 4 m。 下沉 到位 时 的沉 井 顺 桥 向倾 斜 度 3 3 5 ， 横 桥 向倾斜度 1 7 0 7 ， 沉 井扭 转 角 3 6 ” ， 沉 井 顺 桥 向最 大 偏 位 5 3 mm， 横 桥 向最 大 偏 位 9 1 mm， 几 何 姿 态 正 常 。 沉井 降排水下 沉 时 ， 首先 开启周 边 8口井 降水 ， 随着下 沉深度 的不 断增 加 再逐 步 加 大 降水 力 度 ， 沉 井 下沉 到位时 最终开 启 了 2 5口管 井 降水 ， 根 据各 井 的工 作状 况统计 最大 日抽水 量约 4 2 0 0 0 m。 。 从 降水 方案 和 实 际情 况 的 比较来 看 ， 设 计 方 案 总体 上是成 功 的 ， 它 可为 后 续 的类 似 工 程提 供 指 导 和借 鉴 ； 沉 井 总 涌 水 量 计 算 结 果 比实 际情 况 偏 小 8 左 右 ， 单 井 出水 能力计 算公 式 的结 果 比真 实值偏 小约 1 2 ， 由于 布 井 时 的 富余 量 ， 仍 保 证 了 降水 目 标 的顺 利实 现 。 造 成涌 水 量计 算 结 果 偏 差 的 原 因可 能 在 于 K 的试验 取值方 法 ， 也 可能在 于计算 公式 本 身 的误 差 ， 以及群井 间 的互 相干 挠 等 ， 可 积 累更 多 资 料后 再 详 细研 究 。 4 2长 江大堤 沉降监 控结果 沉井下沉过程中每 日两次对长江大堤沉降进行 了监 控测 量 ， 2 0 0 9年 6月 2日沉 井 下 沉 到位 时 ， 沉 降也 发展到 了最大 程 度 ， 图 8为危 险 地段 5 0 0 I T I 范 围 内的堤身 沿线 沉 降 曲线 对 照 图 ， 虚线 圈 出范 围 内 的测点因受施工便道 和往来车辆碾压影响， 其降水 引发的沉降当比给出的测量值要小。从沉降预测和 图 8堤 身 沿 线 沉 降 比较 实际情 况 的 比较 来 看 ， 事先 根 据 有效 应 力 原 理计 算 的沉降趋 势 和数值 大小 还 是较 为吻 合 的 ， 计算 思 路 和计 算方 法可 为后 续 的类 似工 程 提 供 指导 和借 鉴 ； 预测的沉 降最 大值约 3 0 mm， 位置在 D 9点 附近 ， 监 测结 果表 明最 大 沉 降 为 D9点 的 3 7 mm， 峰 值 误 差 为 1 9 ， 由于 实测 曲线 峰值 点 附 近受施 工 运输 车 辆 影 响较 大 ， 但 较难 扣除这 部分 的影 响量 ； 从 两 条 曲线 形状来 看 ， 非 峰值部 位预 测结果 略偏 大 ， 总体 上二者 的吻合 程度还 是较 好 的。 5 结论 南京 长江 4桥 北 锚碇 沉 井下 沉 难 度 大 ， 对 沉 井 本 身安全 控制 和对周边 大堤 影响 显得 尤为 重要 。在 进 行理论 分析 计算 和 现 场实 测 情 况对 比后 ， 得 到 如 下结 论 ： 1 ) 深层 降水 的渗透 系数对 涌水 量 、 影 响 半径 、 水 位 降深 、 大 堤沉 降等均有 直接影 响 ， 但 其 大小 受计算 方法影 响 较 大 ， 必 须 结 合 本 地 区 的 经 验 数 值 确 定 。 就该工 程而 言 ， 实际 涌水 量 和 理 论 涌水 量 的 差别 较 小 ， 可 以验证 采用 非 稳定 渗 流 解 的平 均 值 较 为接 近 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 期 穆保 岗 ， 等 ： 南京 长 江 4桥 北锚 碇 沉井 的排 水下 沉分析 1 4 1 实际情 况 。 2 ) 北锚 碇沉 井 降排 水 设 计 计 算 表 明 ， 按 基 坑 规 范规 定 计算 方法 得到 的总 涌水 量 比现 场 量测 结 果 偏 小 8 左右 ， 按 经 验 公 式 计 算 的 单 井 出水 量 比 现 场 值 偏小 1 2 左 右 。 3 ) 从 有效 应 力原 理 出发计 算沉 井 附 近长 江 大 堤 堤身沉降。根据降水计算结果 ， 认为潜水含水层 压 缩量 很小 ， 大 堤沉 降 主要 由承压 水 含水 层 压缩 引起 ， 由此 得 到的沉 降 分布 曲线 总体 上与 实 测结 果 吻 合程 度较 高 ， 对短 期 的 深层 降水 引 起 的地 面 沉 降 可 以采 用分 层综 合法 进行 估算 。 参考 文 献 ： 1 R E E S E An a l y s i s a n d D e s i g n o f S h a l l o w a n d D e e p F o u n d a t i o n s M N e w J e r s e y J o h n Wi l e y S o n s ， I n c 2 00 6 r 2 CHEN W ，Z H0U H ，RANDOLPH M FEf f e c t o f i ns t a l l a t i on me t ho d on e xt e r na l s h a f t f r i c t i on o f c a i s s o ns i n s o f t c l a y J Th e J o u r n a l o f G e o t e c h n i c a l a n d Ge o e nv i r o nme nt a l En gi ne e r i n g，2 009， 1 35( 5)： 6 05 615 r 3ALLENBY D， WALEY G， KI LB URN DEx a mp l e s o f o p e n c a i s s o n s i n k i n g i n S c o t l a n d C G e o t e c h n i c a l Engi ne e r i ng 1 62 i s s ue GEI ， 2 0 09 4陈光 福 江 阴长 江公路 大桥特大型沉井施工述评 J 土 工 基 础 ，1 9 9 9 ，1 3 ( 3 ) ：2 4 2 8， 1 3 CHEN GUANG FU The c o ns t r uc t i on of t h e l a r g e c a i s s o n i n J i a n g y i n Hi g h wa y B r i d g e J S o i l Eng i n e e r i n g a nd Fo und a t i on，19 99，3：2 4 2 8， 13 5陶建 山 泰州 大桥南 锚碇 巨 型沉井 排水 下沉 施工技 术 J 铁道 工程 学报 ， 2 0 0 9 ( 1 ) ： 6 3 6 6 TA0 J I AN S HAN Co n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y f o r dr a i ni n g s i nka g e f or s out h c a i s s o n a nc h or a ge t o Ta i z ho u Ya n gt z e Ri ve r Hi g hwa y Br i d ge wi t h l a r ge - s i z e s un k we l l J J o u r n a l o f R a i l wa y E n g i n e e r i n g S o c i e t y ，2 0 0 9 ( 1)：63 66 6 王卫忠 沉井 下沉技术在泰州长江公路大桥北锚碇 中的 应用 J 交通科技 ，2 0 0 9 ， 2 ( 2 3 3 ) ：2 1 2 4 W ANG W EI ZH ONG App l i c a t i on o f c a i s s o n s i n ki ng t e c hno l o gy at no r t h a nc hor a ge t o Ta i z ho u Ya n gt z e R i v e r Hi g h w a y B r i d g e J Tr a n s p o r t a t i o n S c i e n c e& Te c hno l o gy，2 00 9，2( 23 3)：21 - 24 7 陈缪 芬 沉井施工 降水 时